題:
為什麼氟化氫的沸點比水低很多?
Acnologia
2015-08-22 05:07:58 UTC
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$ \ ce {F} $具有更多的未共享電子對,並且具有負電性,因此,另一個$ \ ce {HF} $分子中的$ \ ce {H} $可以與之結合。

$ \ ce {HF} $的正常沸點為$ \ pu {19.5 ^ oC} $,而$ \ ce {H2O} $的正常沸點為$ \ pu { 100 ^ oC} $。

五 答案:
Dissenter
2015-08-22 10:49:09 UTC
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我認為有多種定性方式可以查看:

  1. 也許最明顯的是$ \ ce {H2O} $可以形成一個由於受體供體的氫鍵數目相等,因此氫鍵數目更大。每個氫原子可以是氫鍵受體。氧上的每個孤對都可以是供體。然而,在$ \ ce {HF} $中,只有一個氫鍵受體,理論上只有三個氫鍵供體。這種不平衡的比例不可避免地使一些受體沒有供體。想像一下這是兩個舞會;一黨有兩個男人和兩個女人,但另一黨有一個男人和三個女人。假設所有事物都是一夫一妻制,那麼在後者中可以成功地形成更少的聯繫。
  2. 正如其他海報所述,O和F都是非常負電的元素。然而,F比O更具有EN的含義,這意味著F可使電子比O更好地穩定電子。結果,位於F上的電子是較弱的氫鍵供體。他們已經相當穩定。記住,電子“想要”被原子核穩定。如果它們已經相當穩定,那麼它們將“感覺”較少的需要與其他核關聯(因此穩定)。這表明存在於\ ce {HF} $分子中的氫鍵可能弱於存在於\ ce {H2O} $分子中的氫鍵。
  3. ol>

    當然,與定性推理相反,實驗結果是金標準,這裡的定性推理也可能導致我們走相反的方向。也許有人會爭辯說,通過擁有三個孤對,F可以說是有很多優勢。它可能能夠很好地穩定一個孤對電子,但三個孤對卻是一個更大的考驗,也許足夠大,以至於$ \ ce {HF} $分子之間的氫鍵比水分子中的氫鍵更強。同樣,這都是定性的,但這是化學入門教師所渴望的那種推理。

    如果我們將思維局限於靜電,那麼我們可能會猜測$ \ ce {HF} $應該具有更強的氫鍵,因為F會吸收更多的電子,因此氫應該相對於水中的氫,在\ ce {HF} $中極化更正。但是,氫鍵作用不只是靜電。氫鍵實際上具有共價成分;然而,這通常被化學入門處理所忽略。氫鍵中所含元素的鍵角至關重要。氫鍵中涉及的元素越接近180度,鍵越牢固(此特定角度是水中氫鍵的情況;不一定是其他分子)。如果氫鍵純粹是靜電鍵,則情況並非如此;角度無關緊要-只有距離才重要。

    還必須探討其他問題,例如可行的氫鍵數量以及所涉及元素的給電子/釋放趨勢。

    在網上搜尋後,一些常見的“解釋”,不會解釋為什麼水的沸點比$ \ ce {HF} $高的原因是:

    1. 水會形成每個分子4個,而HF只能形成2個。

    2. ol>

      這是錯誤的,因為如果我們僅將氫鍵視為涉及原子的極性,那麼水如何在每個分子上形成四個氫鍵?它有兩個帶正電的氫和一個帶負電的氧。似乎它只能形成三個氫鍵。必須了解,孤對每個可以是氫鍵供體

那麼,我們是否應該接受實驗所伴隨的推理,而忽略其他實驗呢?好吧,我問這個是因為我想知道我的高中課本中有多少是正確的!
這實際上並不會減損您的觀點,但是您會錯誤地繞過接受者和捐贈者。
-1
我們不僅要解釋為什麼水的沸點比HF高,而且還要解釋其沸點的“巨大差異”。以上討論的因素不能單獨解釋這一點。
水可以形成2個氫鍵,因為氧具有2δ-的部分電荷,因此它會吸引具有δ+鍵的氫原子。您在互聯網上發現的並不是完全錯誤的,因為它們可能意味著水俱有2個共價鍵,並且可以具有2個氫鍵(4個鍵)。
kiran chillewad
2015-08-22 12:24:05 UTC
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答案在於氫鍵。

氫鍵能取決於與氫鍵合的高負電性原子的電負性。氫的電負性為$ 2.2 $,氧的電負性為$ 3.44 $,氟的電性為$ 4 $。

$ \ ce {F} $和$ \ ce {H} $之間的電負性差異為$ 1.8 $ \ ce {O} $和$ \ ce {H} $為$ 1.24 $。 $ \ ce {HF} $的氫鍵能為$ \ pu {41.83 kJ / mole $$,$ \ ce {OH} $的氫鍵能為$ \ pu {23 kJ / mole $。。

$ \ ce {HF} $的債券比$ \ ce {OH} $的債券要強。在$ ce {H-F} $的情況下,即使在蒸汽狀態下也存在氫鍵,4至7個$ ce {HF} $分子一起形成一個處於蒸汽狀態的單元。但是,在水的情況下,蒸氣狀態不存在氫鍵。每個水分子獨立存在。

因此,要煮沸液態水,必須打破所有氫鍵,這需要大量能量。 $ \ ce {HF} $中不是這種情況;所有氫鍵都不需要斷裂,因此所需的能量更少。因此,$ \ ce {HF} $的沸騰溫度比水低得多。

眾所周知,氟化氫具有比水更強的氫鍵。但是,問題是為什麼看似相反的觀點是正確的。
Acnologia
2017-09-16 01:15:12 UTC
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我認為我們可能過於關注$ \ ce {HF} $和$ \ ce {H2O} $。如果我們從更大角度上看其各自組元素的氫化物的沸點,我們會發現第17組氫化物的沸點確實比第16組氫化物的沸點低。我仍然不知道為什麼每個時期都有這種趨勢,但是這個數字肯定告訴我們:

  • 偏差很可能是由於組之間的差異
  • 氫鍵概念對於HF仍然起作用。它的確具有比其他鹵化氫更高的BPs

所以我認為現在的主要問題是:為什麼硫屬硫化物具有比鹵化氫更高的BPs (並且實際上在每個時期內具有最高BP的滷化物組)

(圖來自 http://www.vias.org/genchem/kinetic_12450_08。 html

Boiling points of Groups 14, 15, 16, and 17 hydrides

此外,HF和H2O都可以使每個分子的H鍵數量最大。 HF具有3個H鍵受體(F的三個孤對)和一個H鍵供體(HF的H),而H2O具有2個H鍵受體(2個O孤對)和2個H鍵供體(從2個H 2 O)。
blahreport
2015-08-22 09:43:49 UTC
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氟化物和氧氣都具有負電性。當它們與氫鍵合時,氫會變得略帶正電,負電性原子會帶負電。因此,在不同分子的負原子和氫之間會發生吸引力,稱為氫鍵。

在水中,有兩個氫會產生更多的電荷偶極子,從而產生更強和更多的氫鍵。

另一個因素是水解離(即液態水部分由$ \ ce {H3O +} $(三個帶正電荷的氫和氧)和一些$ \ ce {OH-} $組成。 (一氫一氧帶負電荷)。這會增加分子間的相互作用,使沸點更高。

好吧,[HF2]-(氟化氫陰離子)存在於(濃縮)HF溶液中。這也不會對分子間的相互作用產生影響嗎? HF肯定也像水一樣電離,實際上HF比水電離的程度更大,因為HF比水強。
PhysicalChemist
2015-08-27 00:35:17 UTC
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分子間力(IMF)是這裡的關鍵。 IMF與沸點直接相關。

$ \ ce {HF} $和$ \ ce {H2O} $都有氫鍵($ \ ce {H} $附加到$ \ ce {N} $,$ \ ce {O} $或$ \ ce {F} $)。但是 $ \ ce {H2O} $具有兩個氫鍵,而$ \ ce {HF} $僅具有一個氫鍵。。因此,$ \ ce {H2O} $的沸點應該高得多。

請注意,H 2 O或HF中的氫鍵正好為零


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